基于STEM理論視野下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式的初探

金鑫

【摘 要】 2015年12月美國(guó)頒布了STEM教育法案，對(duì)STEM教育設(shè)定了全新的詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃。同時(shí)自2015年9月至今，江蘇連續(xù)設(shè)立了多個(gè)中小學(xué)STEM課程試點(diǎn)。由此可見(jiàn)，STEM教學(xué)在國(guó)內(nèi)外均受到了較大的重視。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)學(xué)科的重要組成部分。而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要一環(huán)，是成功進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前提。但對(duì)于STEM理論在我國(guó)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中該如何體現(xiàn)？本文筆者借鑒和吸收STEM教育理念，結(jié)合《新品彈球》實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探索基于SETM理論視野下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式，以此來(lái)提升我國(guó)小學(xué)科學(xué)的教育教學(xué)水平。

【關(guān)鍵詞】 小學(xué)科學(xué)；STEM理論；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；《新品彈球》

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)教育事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程也越來(lái)越關(guān)注。一直以來(lái)，受傳統(tǒng)教學(xué)思維的影響，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中仍沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式，這不但影響教學(xué)質(zhì)量的提高，還抑制了學(xué)生綜合能力的發(fā)展。因此，小學(xué)科學(xué)教學(xué)需要使用新的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式。STEM教育則是當(dāng)前實(shí)踐中成果較為顯著的一種教學(xué)方式，是我國(guó)教育發(fā)展中值得探究和學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

一、概念界定

1.STEM理論。STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的簡(jiǎn)稱。它的本質(zhì)是在眾多孤立的學(xué)科中建立一個(gè)新的橋梁來(lái)為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)。通過(guò)使用這四種 學(xué)科整合到一種教學(xué)范例中，把學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識(shí)變成一個(gè)互相聯(lián)系統(tǒng)一整體的過(guò)程。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是指由教師和學(xué)生共同確定一個(gè)研究主題，教師提供實(shí)驗(yàn)器材，提出實(shí)驗(yàn)要求，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)步驟，通過(guò)小組合作的方式來(lái)探索和發(fā)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，并通過(guò)建立模型來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)出規(guī)律性的科學(xué)認(rèn)知。

二、STEM理論下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式——以《新品彈球》為例

1.學(xué)習(xí)目標(biāo)。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)際上是小學(xué)科學(xué)正常教學(xué)的重要保障。通過(guò)對(duì)STEM理論研究分析，所涉及的不同領(lǐng)域之間的融合不是知識(shí)點(diǎn)的歸納，而是要發(fā)揮交叉學(xué)科的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合我國(guó)小學(xué)科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)，取一方之長(zhǎng)，借他方之力，使科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)互為補(bǔ)充和促進(jìn)，探索相對(duì)應(yīng)的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)新模式。

例如《新品彈球》課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1.科學(xué)（S）

（1）知道硼砂溶液和含聚乙烯醇的膠水混合可以得到一種具有黏性的彈性物質(zhì)。（2）知道原料配比不同，混合后所得產(chǎn)物的特性不同。

2.技術(shù)（T）

（1）掌握制作彈球的工藝。

（2）運(yùn)用科學(xué)的方法測(cè)量彈球彈跳的高度。

3.工程（E）

（1）設(shè)計(jì)“提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)方案—制作彈球—彈球測(cè)試—形成新品彈球產(chǎn)品”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。（2）學(xué)會(huì)自己思考與解決不同原料配比與彈球性能之間的關(guān)系等問(wèn)題。

4.數(shù)學(xué)（M）

（1）能運(yùn)用比例問(wèn)題解決原料的配比問(wèn)題。（2）能夠利用圖表呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和解釋。

2.引入問(wèn)題與確定需求。由于科學(xué)學(xué)科課程的特點(diǎn)，學(xué)生在有限的時(shí)間里所學(xué)的科學(xué)知識(shí)很難用來(lái)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。STEM課程則關(guān)注現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，主張?jiān)谡鎸?shí)復(fù)雜的情境下進(jìn)行科學(xué)探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，幫助學(xué)生解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。

例如《新品彈球》從生活中引入問(wèn)題與確定需求。

（1）教師出示彈球玩具，引發(fā)學(xué)生注意力。

（2）由情境引入，借助視頻交代項(xiàng)目主題，拋出要解決的問(wèn)題。

（3）學(xué)生討論，分析視頻中出示的任務(wù)。

（4）教師引導(dǎo)如何解決此問(wèn)題。

（5）學(xué)生觀察配方中的兩種原料，在此基礎(chǔ)上討論本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。

（6）小組展示，全班交流本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。

3.調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法及注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，教給學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后，分析原因得出結(jié)論，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

4.測(cè)試優(yōu)化與解決問(wèn)題?！缎缕窂椙颉坊顒?dòng)中，學(xué)生在解決“做一個(gè)新品彈球”這個(gè)問(wèn)題時(shí)，扮演著彈球工廠工程師的角色。這樣的代人感避免了學(xué)生在反復(fù)調(diào)整比例、制作彈球的過(guò)程中出現(xiàn)疲勞和興趣缺失的狀況，促成學(xué)生樂(lè)此不倦地為了制作出更好的彈球產(chǎn)品，不斷迭代，用數(shù)據(jù)說(shuō)話，最終解決問(wèn)題。其實(shí)，“動(dòng)手做”活動(dòng)和情境只是STEM課堂的載體，真實(shí)、有意義且貼近學(xué)生日常生活的問(wèn)題才能真正幫助學(xué)生在STEM課堂中取得更多的收獲。如表2所示。

以《新品彈球》為例，探索基于SETM理論視野下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)新模式。我們從玩具工廠的實(shí)際需求出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)生活中尋找材料，用常見(jiàn)的膠水制作一個(gè)無(wú)毒無(wú)害的彈球玩具，通過(guò)動(dòng)手做探究彈球配方的可行性，解決工業(yè)生產(chǎn)情境中如何改善產(chǎn)品的實(shí)際問(wèn)題。

總之，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，盡可能給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)豐富多彩的學(xué)習(xí)環(huán)境，在STEM理論指導(dǎo)下，提供學(xué)生解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)，把理性思考和科學(xué)推理相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考、概括能力，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，實(shí)現(xiàn)理性與情感完美整合，全面提高小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]齊美玲，孫云帆.美國(guó)STEM課程的淺析[J].科教導(dǎo)刊，2013（28）.

[2]教育部.全日制義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.01 .

[3]馮凌.促進(jìn)融合的學(xué)習(xí)—小學(xué)STEM教育案例[M].江蘇：江蘇鳳凰教育出版社，2016.12.